机电一体化概念设计精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇机电一体化概念设计范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

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关键词：机电一体化；控制系统；概念设计

中图分类号：TH39 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 10-0005-02

一、引言

机电一体化（Mechatronics）这一概念，是日本学者在1971年首次提出来的。至今，经历了40多年的发展，随科技的发展不断丰富，不断更新，机电一体化的内涵也发生了根本性的变化。尤其是进入21世纪以来，人们的消费观念不断变化，围绕消费者之间的市场竞争日趋激烈和白热化，重点是针对机电一体化产品的输出柔性、工作性能及可靠性等方面，在这些方面的，人们的要求越来越高。

新时代背景下，机电一体化技术在计算机技术、人工智能技术、网络技术、信息技术、传感器技术等相关学科的快速发展下得到了飞跃发展，面临着更加广阔的应用前景和发展空间。电子产品结构也在集成技术、新材料、微电子的快速发展背景下发生了革命性的变化，传统的机械产品向智能化、小型化、网络化、模块化、自动化、柔性化、机电一体化迈进，已经步入了一个新的发展阶段。再就是随着传感、信息技术和传统机械产品的融合，机电一体化技术已成为一个新兴的跨学科的技术，它涉及到的信息处理技术、制造技术、驱动技术、传感技术、自动控制技术、接口技术等关键技术。

总之，科学技术越是向更新更高层次发展，就越能给人们带来更多的惊喜和生活空间，也能给人们更加丰富物质、文化和精神享受。可以说，机电一体化技术在21世纪的机械产品的设计和发展中发挥着重要的作用，重点研究机电一体化产品控制系统概念原理及设计方法具有重要的理论意义及现实意义。

二、机电一体化系统及其组成原理

机电一体化系统是一个各种技术之间相互协调和整合的有机的、完整的体系，不是一个简单的各种技术拼凑和堆积。机电一体化系统从技术层面来说综合保函和运用了控制系统、机械工程、计算机技术、电子技术、电子技术和其他技术。尤其是机电一体化系统的中的驱动元件和执行器子系统是核心的执行机构，是实现可控电动机行为的终极目标，充分利用计算机信息处理和控制功能，利用现代控制驱动元件特性的机械系统。

（一）机电一体化系统概述

1.由计算机进行信息处理和控制的现代机械系统最终目的就是要实现机械运动和动作协调，这个也是机电一体化系统功能设计的根本出发点。

2.机电一体化系统从完成工艺动作过程这一总功能的角度来看，可划分为：信息处理及控制子系统、传感检测子系统、广义执行机构子系统（如图1），它们分别完成信息处理及控制、信息检测、机械运动和动作。

3.由驱动元件和执行件（或执行机构）融为一体的广义执行机构执行子系统，具有它的特殊性、可控性。

（二）机电一体化系统的组成原理

1.广义执行机构子系统。由刚性物件组成的形形机构组合而成的传统，他们的缺乏可控性是传动和执行机构系统上最大的问题。而驱动元件与执行件（或执行机构）融为一体是广义执行机构的一个特点（如图2），从而实现可控运动。

电机、气动马达和动作缸是驱动元件中的一两种，同时还有液压、电磁铁、弹性元件、形状记忆合金、光能马达等，这足以说明驱动元件种类繁多。机电一体化系统得到更加有效工作就必须依靠驱动元件的多样性。传统机构中的输出件可以为执行件，单一构件也可以是执行件。同时，驱动元件与执行件（或执行机构）的集成应用使机电一体化系统更加有效地工作。

2.信息处理及控制子系统。信息处理和控制子系统检测传感器所提供的信息，技术和控制策略和执行的广义执行机构控制的基础上采取行动的过程中。应执行的控制来实现，广义的运动学模型是由一台计算机和软件实现。信息处理和控制子系统是实现智能化的现代机械系统，自动化的关键。

3.检测传感子系统。检测传感器是实现物理量的检测和信号采集的功能载体，也是连接广义执行子系统的中间纽带。

三、机电一体化产品控制系统概念设计过程

总体而言，要从功能需求出发建立机电一体化产品控制系统概念设计图3所示：

（一）用户需求模型

1.用户需求调查与分解。用户需求表达的是用户自己的意愿，要想获得这些意愿与想法，需要通过市场调查，但是这样的可操作性不强，很难使设计者完全把握用户的需求，对此可以将用户需求进行细分。机电一体化系统用户需求可分为控制域、机械域和其他域，控制域又可分为硬件域和软件域。将最初的用户需求（父需求）对应于所设计的产品向各个领域进行分解（图4：用户需求调查与分解），获得最终的用户需求（叶需求）.分解后的需求可以更具体的体现设计目标。

图4 用户需求调查与分解

用户需求分解后，要进一步对客户需求进行评估，尤其是重点对每一个叶需求进行重审核，以此进一步用衡量的方法进行分析.

2.衡量过程。衡量用户需求的优先次序，在关键的用户需求中做出挑选。衡量方法的原理是：如果一个“希望需求”与一定数量的“必须需求”之间存在相关性，那么这个希望需求也应该“必须”满足，作为额外的必须需求。衡量过程如下：

（2）标记0表示希望需求与必须需求之间没有相关性。

（3）标记1表示希望需求与必须需求之间有很强的相关性。

（4）如果希望需求的综合值在[3，5]之间或更高的作为额外的必须需求。

（二）建立功能模型

功能是系统输出量和输入量之间的关系，常被称为流，通常分为物料流、能量流和信息流。功能结构是功能模型或功能分析结果的一种表达形式。产品的总功能分解成若干功能元，将系统的各个功能元用流有机的组合起来就得到功能结构。

使用功能基建立功能结构的步骤如下：

1.确定系统的总功能及输入、输出流。

2.对于每一个输入流创建功能链。成立为每个输入的功能链。设计者设想成为流，考虑从输入到输出，或在每个操作发生对流的转换操作每个功能组按时间顺序排列，并建立功能链。可分为两个时间顺序，串行和并行的功能链。串行函数链对流操作发生的时间顺序，并联功能链的基础上发生的操作一次，串行并行功能链的功能链，共享一个或多个公共流的数量。在功能结构所表达的支流。

3.连接各功能链得到功能结构。信号的检测，处理和反馈的过程其实就是所控制的过程。创建功能框图，对所有信号进行分析。通过分析，可以得出不同类型的信号和复杂的控制系统，尤其是进一步的功能的控制系统，然后在此基础上提出若干控制方案。

四、结束语

在本文中，对机电一体化系统做出了新的认识，提出了一种在机电一体化产品的概念设计过程中，并促进机电一体化系统的理解，尤其是提出了如何设计一个控制系统的分析方法，使控制系统满足用户的需求，并确保控制系统是最合理的。

参考文献：

[1]杨鹤年.机电一体化系统中的智能控制技术[J].煤炭技术，2011，7.

[2]黄娴.机电一体化系统原理方案设计[J].法制与经济（下旬），2011，8.

[3]倪传明.机电一体化技术在工程机械中的应用分析[J].中国新技术新产品，2011，15.

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关键词：机电一体化；概念；现状；发展趋势

一、机电一体化的概念与由来

人类进入了一个新的世纪──21世纪。回顾过去的20世纪，人类的经济和科学技术发展成果超过了过去所有世纪的总和。传统的学科正在脱胎换骨，新的学科不断问世，技术的融合程度比任何一次技术革命都高。机电一体化技术产生于这一背景之下，自然符合科技发展的规律，也是机械学科发展的必然结果。“机电一体化”这一技术术语最初来源于日本学术界，他们根据英文的Mechanics（机械学）和Electronics（电子学）两词，组合出Mechantronics一词，日文谐音记作“夕力卜口二少又”，其表意汉字为“机电一体化”,Mechantronics一词从学科角度可以翻译为“机械电子学”，我国科技界也经常直接使用“机电一体化”作为汉语的表达词汇。

一般认为，机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。这里面包含了三重含义：首先，机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科。其次，机电一体化是一个发展中的概念，早期的机电一体化就像其字面所表述的那样，主要强调机械与电子的结合，即将电子技术“溶入”到机械技术中而形成新的技术与产品。随着机电一体化技术的发展，以计算机技术、通信技术和控制技术为特征的信息技术“渗透”到机械技术中，丰富了机电一体化的含义，现代的机电一体化不仅仅指机械、电子与信息技术的结合，还包括光（光学）机电一体化、机电气（气压）一体化、机电液（液压）一体化、机电仪（仪器仪表）一体化等；最后，机电一体化表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术在机电产品中的相互协调，以达到系统总体最优。换句话说，机电一体化是多种技术学科有机结合的产物，而不是它们的简单叠加。

二、机电一体化的发展现状

与其它科学技术一样，机电一体化技术的发展也经历了一个较长期的过程。有学者将这一过程划分为萌芽阶段、快速发展阶段和智能化阶段三个阶段，这种划分方法真实客观地反映了机电一体化技术的发展历程。

“萌芽阶段”指20世纪60年代以前的时期。在这一时期，人们在机械产品的设计与制造过程中总是自觉或不自觉地应用电子技术的初步成果来改善机械产品的性能，特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，出现了许多性能优良的军事用途的机电产品。这些机电结合的军用技术在战后转为民用，对战后经济的恢复和技术的进步起到了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。

20世纪70年代到80年代为第二阶段，称之为“快速发展阶段”。在这一时期，人们自觉地、主动地利用3C技术的成果创造新的机电一体化产品，3C技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：①mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；②机电一体化技术和产品得到了极大发展；③各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。

从20世纪90年代开始的第三阶段，称之为“智能化阶段”。在这一阶段，机电一体化技术向智能化方向迈进，其主要标志是光学、通信技术等领域进入机电一体化，同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，并取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。

三、机电一体化的发展趋势

随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）方向发展，应用范围愈来愈广。

机电一体化技术具体包括以下内容：

（1）机械技术机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。

（2）计算机与信息技术

其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

（3）系统技术

系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。

（4）自动控制技术

其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

（5）传感检测技术

传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。

（6）伺服传动技术包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。

四、结语

综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

参考文献：

［1］李建勇．机电一体化技术．北京：科学出版社，2004．

［2］潘忠堂．浅析传感器技术是机电一体化的一项关键技术．机械电子工程，1998(1)：13-17,39

［3］冯正进．机电一体化技术进展．工业工程，2000(1)：1-4

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关键词：机电一体化；发展趋势；应用分析；

1 机电一体化概述

日本企业界在1970年左右最早提出“机电一体化技术”这一概念，它是将英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分结合在一起构成的一个新词，取名为“Mechatronics”，意思是机械技术和电子技术的有机结合，机电一体化技术即结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术方向发展，应用范围愈来愈广泛。

2 机电一体化的发展现状

机电一体化的发展总共经历了3个阶段。上世纪60年代以前是机电一体化发展第一阶段（初级阶段）。这个时期，人们主要利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。第二个阶段是上世纪70-80年代（快速发展阶段）。这一时期计算机技术、控制技术、通信技术都得到了快速发展，为后来的机电一体化发展奠定了技术基础。而大规模、超大规模集成电路与微型计算机的迅猛发展，则为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。第三阶段则是上世纪90年代后期至今，这一阶段机电一体化技术开始向智能化方向迈进，进入深入发展时期。此时光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。我国则是从上世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。

3 机电一体化技术的应用

（一）机床数控领域

机电一体化在数控机床领域的发展已经有40年的历史，在技术领域有了进一步的提高，无论是在结构上功能上还是在操作上都发展的比较完善。类型具有总线式、模块化、紧凑型的结构，在开放性设计中，这种设计硬件体系和功能模块具有层次性和兼容性的，可以大大提高用户的使用效益和智能化的。在机电一体化的系统研究中分出多级的网络，这样能使复杂加工系统的作业能力的运行。

（二）计算机集成制造系统的领域及工业机器人

计算机系统的组合不是分散的子系统的组合，它是由全局的实践总结出最优的系统的组合，它需要各个部门加强沟通，围绕制造展开工作。当产品的集成度越高，就能够使各个生产要素间的配置更加合理和完善。工业机器人首先出现的是不够灵活的半机器人，它根据示范的动作进行重复的运动，在工作中，不会考虑工作环境和作业对象的变化。而现代的机器人，里面装有不同的传感元件，机器人可以作业环境和对象做出简单的信息判断，并能做出简单的分析。这是机电一体化发展的新成果，也是其发展的前景所在。

4 机电一体化技术的发展方向分析

机电一体化是机械工业发展的进步的表现，近年来，机电一体化在国内外都有了全新的发展，并且广泛的被人们用于各个行业，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。进入21世纪机电一体化技术将向以下几个方向发展。

（一）机电一体化发展的智能化、数字化趋势

首先机电一体化发展的智能化趋势。机电一体化的发展打破了传统机械自动化或者半自动化的局面，实现了智能化，这也是今后机电一体化的重要发展方向。嵌入式智能控制的算法运用，使机电一体化的产品发展为智能化，是模拟人脑的人工智能的产品，它可以根据系统的设置来做出判断以及决策，可以取代人们的部分脑力劳动。其次机电一体化发展的数字化趋势。奠定机电产品数字化的基础是微控制器及其发展（如不断发展的数控机床和机器人）；而计算机网络的迅速崛起则为数字化设计与制造铺平了道路（如虚拟设计、计算机集成制造等）；数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

（二）机电一体化发展的网络化趋势

网络技术在20世纪90年代异军突起，其兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们的日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片、企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络将各种家用电器连接成计算机为中心的计算机集成家电系统（CIAS），使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

（三）机电一体化发展的微型化、模块化趋势

首先机电一体化将向微型化方向发展。机电一体化产品生产的厂家很多，但是如果统一开发标准机械、电气、动力等方面的机电一体化产品并不是一件容易的事情，制定统一的标准，才能使各部件、单元匹配成功。机电一体化的生产商也可以根据自己产品的需要或者国外最新的产品的模型来进行创新，更新换代自己的产品，并不断地扩大生产规模，使机电一体化的发展走向正规化和统一化。其次机电一体化将向微型化方向发展。在20世纪80年代末机电一体化向微型机器和微观领域发展。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物t疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

（四）机电一体化发展的绿色化、系统化趋势

首先机电一体化发展的绿色化趋势。所谓机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。工业经济给人们生活带来了巨大变化。在人民物质丰富、生活舒适的同时资源却在减少，生态环境在不断恶化。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品具有远大的发展前途。其次机电一体化发展的系统化趋势。系统具有随时分解组合的功能，这种功能实现了多子系统互相调和以及整合的需要，机电一体化的系统功能，不但运用在通信系统以外，还运用在远程通讯以及互联网系统，局域网也慢慢的采用。机电一体化在系统方面未来的发展，是会越来越考虑人的因素，模拟人的智能的，甚至可以模拟生物的结构来发展。

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关键字：机电一体化技术发展方向

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：

一、引言

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，造就了工程领域的技术革命与改造。机电一体化技术始于电子技术的发展及电子技术与机械技术的结合，尤其是大规模集成电路出现，促进机电一体化技术发展并引起广泛注意。数控机床的问世写下机电一体化技术新篇章；微电子技术为机电一体化技术带来勃勃生机；可编程序控制器“电力电子”的发展为机电一体化技术提供坚实基础；激光技术模糊技术、信息技术等高新技术的发展使机电一体化技术跃上新台阶。

二、机电一体化的发展状况

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。由于技术的局限性已经开发的产品也无法大量推广。20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。机电一体化技术和产品得到了极大发展。20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。我国是从20世纪80年代初才开始在这方面进行研究和应用。但与日本等先进国家相比仍有相当差距。

三、机电一体化的技术分类

1.网络计算机信息技术。各种信息资料之间交换、运算、存储、判断和决定以及专家系统和智能网络都是计算机信息处理技术。

2.机械技术。机电一体化的基础技术就是机械技术。它和机电一体化相互促进，完成了结构和功能上的改革，同时它的重量减轻，体积相对以前更小，精度也得到了提高，它的性能指标也更加的适应人类的需要，努力地利用高科技来更新着机电一体化的概念。

3.自动化技术。自动化技术是在自动控制理论的基础上，先进性系统的设计然后再经过仿真调试，它可以进行高精度和速度的控制，还能进行自我的调制、诊断和修补。

4.系统技术。系统技术是以整体趋势和目标为基础，利用整体概念组织和各种相关的技术，利用总分的观念来将整体分成为好多有一定关联的小单元，其中的接口技术是纽扣是实现各小部分进行连接的保证。

5.感应技术。现在的感应技术在社会生活中的应用十分普遍，机电一体化也应用了感应检测技术。要想实现系统的自动控制和自动调节，传感检测技术是必不可少的，它向人类的皮肤那样，是整个系统的感受器官，而且他的功能越是强大那么系统的自动化程度就越高。

四、机电一体化的发展方向

1.智能化。人工智能在机电一体化中越来越受到人们的重视，它是在理论得以控制上，让机电一体化的产品具有一定的智能，在这其中还有人工智能、计算机学、生命科学等一些新的思想和新的方法，它虽然不能达到人类那样的水平，但也可以进行一些简单的推理判断和逻辑决策。当然，要想真正的像人一样是不可能的，它只能进行低级智能或人的部分智能。

2.模块化。模块化的工程任重而道远。实现机电一体不仅可以利用标准单元迅速开发出新产品，还可以扩大生产规模，从这一点来说不管是对于任何机电一体化化的企业，模块化将带来一个美好的前景，并且它的潜力是无穷的。

3.网络化。网络技术的发展给社会各方面的发展都带来了巨大的变革，全球化的趋势也无可阻挡，机电一体化新产品无疑会畅销全球，而且网络化可以在一定基础上促进智能化的应用，他可以以计算机为中心把一系列的家用电器连成一个系统，让人们真切的感受到现代高科技带来的便利，因此机电一体化的网络化是发展的必然结果。

4、微型化。现在社会上大多数的产品都在走向微型化，机电一体化也是顺应时代的潮流。机电一体化正在向微型精确的方面发展它在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

5.绿色化。绿色环保是世界的主题，现在的环境状态是资源减少，生态环境受到严重污染，于是人们呼吁保护环境资源的呼声更加高涨，时展的要求是可以设计一不污染环境的绿色化的机电一体化产品，让绿色路线在产品中一路畅通，这也就成为了机电一体化最符合人类社会发展的一个发展方向。

6.人性化。人性化是各类产品的必然发展方向。机电一体化的产品在具有一定完整性能的基础上，对于外观设计以及它的外观视觉也有着相应的要求，这可以让产品与外在环境更加的适应，让人们使用产品更加的贴心，更加的自然，更接近生活习惯。

机电一体化与电子之间深度结合，并且与各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术是国民经济发展所急需的优势学科方向。机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。所以要紧紧抓住人才需求变化的大趋势，准确定位，严谨制定人才培养计划，使教学紧跟机电一体化技术发展变化的趋势，为培养出符合机电一体化技术岗位实际需要的、高素质、强能力的合格人才。

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关键词：学科、渗透、结晶、发展趋势。

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由机械电气化迈入了以机电一体化为特征的发展阶段。

1 机电一体化概要

机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化。智能化机电一体化是指在机构取得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。

因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术和其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替劳动者的劳力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手和肢体的延伸，还是人的感官和头脑的眼神。机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别是它具有智能化的特征。

2 机电一体化的发展概况

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉或不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。

20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中斩露头脚，出现了光机电一体化和微电等新的分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

3 机电一体化的发展趋势

3.1 智能化

智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能目前是不可能的，但高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能的。

3.2 环保化

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色环保产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色环保的机电一体化产品，具有远大的发展意义。机电一体化产品的环保化主要是指产品使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。

3.3 模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集成减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速 （下接63页）

（上接53页）开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

3.4 网络化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system，CIAS)，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

3.5 微型化

微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小 、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

结束语

综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

参考文献

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[关键词]机电一体化发展系统组成

中图分类号:TM-9文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110120-01

一、机电一体化的概念

机电一体化又称机械电子学,英语称为Mechatronics,它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上,随着机电一体化技术的快速发展,机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术,是机械和微电子技术紧密集合的一门技术,他的发展使冷冰冰的机器有了人性化,智能化。机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。

二、机电一体化技术发展历程

自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,“机电一体化”技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意:

1.数控机床的问世,写下了“机电一体化”历史的第一页;

2.微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生机;

3.可编程序控制器、“电力电子”等的发展为“机电一体化”提供了坚强基础;

4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机电一体化”跃上新台阶。

三、机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:

1.智能化:智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。

2.系统化:系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强。一般除RS232外,还有RS485等智能化通信接口。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义:一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等,显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化;另一层是模仿生物机理,研制出各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。

3.微型化:兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

4.仿生物系统化:今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大,并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定,但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物:当控制系统(大脑)停止工作时,生物便“死亡”,而当控制系统(大脑)工作时,生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体,但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物――软件”或“生物系统”,而生物的特点是硬件(肌体)――软件(大脑)一体,不可分割。看来,机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋,但有一段漫长的道路要走。

四、机电一体化技术内容

机电一体化技术内容主要包含以下几个方面:机械技术机械技术;计算机与信息技术;系统技术;自动控制技术;传感检测技术;伺服传动技术。

五、机电一体化系统组成

1.机械本体:机械本体包括机架、机械连接、机械传动等,它是机电一体化的基础,起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。与纯粹的机械产品相比,机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强,这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面能够与之相适应,具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点。

2.检测传感部分:检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路,其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化,并将信息传递给电子控制单元,电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。

3.电子控制单元:电子控制单元又称ECU(Electrical Control Unit),是机电一体化系统的核心,负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析,根据信息处理结果,按照一定的程度和节奏发出相应的指令,控制整个系统有目的地进行。

4.执行器:执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件,通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。

5.动力源:动力源是机电一体化产品能量供应部分,其作用是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能,以电能为主。

综上所述,机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展,还将被赋予新的内容。

参考文献:

[1]李建勇,机电一体化技术[M].北京:科学出版社,2004.

[2]顾京,现代机床设备[M].北京:化学工业出版社,2001.

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关键词：机电一体化；产品应用；数控机床；发展趋势

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1机电一体化概述

1.1基本概念

机电一体化的英文单词是Mechatronics。它分别取了机械技术（Mechanics）的前半部分和电子技术（Electron-ics）的后半部分。通常，我们认为机电一体化技术是机械技术、电子技术、信息技术的有机结合，又称之为机械电子技术。

1.2五要素和四原则

五要素——机电一体化系统的硬件组成：指的是机电一体化系统的五大组成要素，具体包括结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素。（1）结构组成要素：系统的框架、支撑、定位、联接部件。（2）动力组成要素：为系统提供能量、动力维护运行的部件。（3）感知组成要素：对系统内外各种状况进行检测、转换、传输、分析、处理，产生控制信息。（4）智能组成要素：将感知组成要素传来的控制信息进行汇总、存储、分析、处理，发出指令。（5）运动组成要素：根据智能组成要素发出的指令，完成既定的执行功能。

四原则——机电一体化系统的运作规律：指的是五大组成要素在互相作用时必须遵循的结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。（1）接口耦合：信息交换涉及到的两个环节，通过接口耦合来解决信息模式不兼容而不能传递的问题。（2）能量转换：这也是两个环节由于模式不兼容的问题导致无法直接进行能量转换。（3）信息控制：智能组成要素完成信息的采集、传输、存储等操作。（4）运动传递：机电一体化系统的各组成要素之间通过运动传递原则达到优化不同类型运动的变换与传输。

2机电一体化的应用

机电一体化的不断发展，实现了产品整体优化，也实现了产品质量提升、生产效率提高。在新产品的生产和准备周期上，机电一体化也有其巨大优势。

2.1机电一体化在现代机械制造业中的应用

与建立在规模经济基础上，依靠规模、产量来争取竞争优势的传统机械制造业不同，先进机械制造业强调以信息为主导。表一为传统机械制造业与先进机械制造业的类比。

表一 传统机械制造业与先进机械制造业类比

本质

竞争优势

综合特点

传统机械制造业

规模经济

1、企业规模大；

2、生产批量；

3、产品结构和重复性取胜；

4、资源利用率高。

1、专业加工复杂；

2、机器替代人力。

先进机械制造业

信息产业

1、先进生产模式；

2、先进制造系统；

3、先进制造技术；

4、先进组织管理形式。

1、全球化、网络化

2、虚拟化、智能化、

3、环保协调

2.2在饮料行业中的应用

机电一体化应于食品、饮料行业已经有很长的历史了。在包装机械的开发设计和制造中，机电一体化技术发挥了非常大的作用，它的出现使包装生产线的各项指标（如自动化水平、系统控制水平、生产能力）得到了极大的提高，竞争力产生了质的飞越，远远超过同类传统的机械设备，同时也使单机的自动化程度大大提高。

2.3在钢铁企业中的应用

机电一体化技术在钢铁企业中的应用有很多。在钢铁生产的全局控制中，计算机集成制造系统（CIMS）发挥重要的作用。CIMS将生产管理的各项宏观与微观过程与人有机地联系在一起，实现了生产要素的统筹管理。在钢铁生产的传动环节，交流传动技术一出现就受到各大厂家的青睐，它使矢量控制技术得以在实现。其于交流传动技术在调速方面的巨大优势，它取代传统的直流传动指日可待。

3机电一体化产品举例

以数控机床为例，阐述机电一体化产品的实际应用。

数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量等技术，是一种高效率、高精度、多功能的先进机床，与传统机床相比有巨大优势，取代传统机床是大势所趋，是成本、技术和时间问题。

图1为数控机床工作过程原理图，图2为数控机床的组成结构。

图1 数控机床工作过程原理图

图2 数控机床的组成

4机电一体化的发展趋势

随着机电一体化越来越广泛的应用，各行各业都不断涌现出机电一体化的应用实例。每每出现机电一体化的产品，都会引起一场革命，造成一个行业的蓬勃发展或者另一个落后产业的加速衰亡。

随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。

未来，机电一体化的发展趋势不可避免地向以下几个方面发展。

4.1智能化

机电一体化技术越来越成熟。首先表现在其智能化程度越来越高，甚至具备了一定的AI（人工智能，Artificial Intelligence）能力。这给用户在使用、维护上带来了极大的方便。

4.2数字化

机电一体化产品也将会更数字化，如数控机床和机器人，这也是进一步增强机电一体化产品可靠性、通用性、可操作性的重要保障。

4.3模块化

产品配件模块化的最主要好处是使产品配件标准化、系列化，不仅更加容易应用于工业生产，也使接口规则更加简单和体系化。现阶段机电一体化蓬勃发展但仍处于初级阶段，产品种类繁多而不成体系，模块化这项工作潜力巨大。

5结 语

机电一体化技术是机械技术、电子技术、信息技术的有机结合。机电一体化在各行各业中的应用越来越广泛，产品层出不穷，引领各行各业发生翻天覆地的改变。机电一体化在未来不可避免地向智能数字、模块设计生产、互联共享、人性便携和环保绿色等方向发展。

参考文献

[1]顾京.现代机床设备[M].北京：化学工业出版社，2001

[2]袁中凡.机电一体化技术[M].北京：电子工业出版社.2006.